핵심 정리(운영체제)

[1] OS

1. 계층 구조

사용자

응용P

유틸리티

Shell(명령 해석기)

커널(제어 P): HW 제어(스케쥴링)

기계어

Micro P(=펌웨어:ROM에 영구 기억)

HW

2. 시스템 SW

1) 어셈블러 번역 방법

ㄱ. 단일 PASS: 정확한 기호 번지 사용해야

ㄴ. 이중 PASS: 기호 번지 미리 정의 X, 번역 속도 느림

2) 매크로 프로세서 기능

ㄱ. 정의 인식/저장

ㄴ. 호출 인식/매크로 확장

3) 로더 기능: P 실행 위해 P를 보조에서 주 기억 장치로 옮겨놓음

ㄱ. Allocation(할당): RAM 확보

ㄴ. Linking(연결): RAM-논리적 주소 공간으로 연결

ㄷ. Relocation(재배치): RAM 안에서 위치 변경

ㄹ. Loading(적재): RAM에 필요한 부분만 적재

4) 로더 종류

ㄱ. Compile and Go: 컴파일러에 로더 합친 것/단순해서 프로그래밍하기 좋음

ㄴ. 절대 로더: RAM 할당&연결을 프로그래머가 지정/복잡하고 RAM 위치 변경이 힘듬

ㄷ. Direct Linking: 로더가 다 해 줌(4가지 기능) > 가장 일반적

ㄹ. Module은 적재만/Binding 적재 뺀 나머지

ㅁ. Dynamic Loading: 사용 중 P을 RAM에 적재/ 미사용 중 P을 보조 기억장치에 적재

3. OS 시스템 종류

1) 다중 프로그래밍: 여러 P가 동일 메모리 번갈아 사용 -> 처리량 극대화

2) 시분할 처리(=Round Robin): 여러 사용자가 동일 시스템 -> 응답시간 최소화

4. OS의 성능 평가 기준

1) Throughput(처리량): 시간 당 작업량

2) Turn-around Time(반환 시간): 작업 완료까지 걸린 시간(실행+대기 T)

3) Reliability(신뢰도): against 에러

4) Availability(사용 가능도): 자원 신속, 충분하게 지원해줄 수 있는가

5. OS 발달 과정

일괄 > 시분할 > 다중 mode > 분산 처리

[2] 프로세스 관리

1. 프로세스

ㄱ. RAM 내 P가 CPU에 의해 처리되는 상태

ㄴ. Dispatch(P를 CPU에 할당 받아 실행되는) 가능

ㄷ. 비동기적 행위(여러 P 찔끔찔끔 돌려가며 실행) 일으키는 주체

*Spool: P와 I/O 장치 사이 속도차이 극복케(Buffer로 하드디스크 사용)

Buffering: CPU와 I/O 장치 사이(RAM 이용) ex) 유튜브: 미리 필요한 데이터 읽어둠으로써

2. 인터럽트 처리

1) Context Switching(문맥 교환): 인터럽트 발생 수와 비례(오버헤드 UP)

3. PCB(Process Control Block)의 항목

1) 식별자: 구분 위한 명칭

2) PC(프로그램 카운터): 다음 실행 명령어 주소 기억

3) 포인터(프로세스 OR 할당 자원의 시작 번지 기억)

4) CPU 레지스터

4. CPU 스케쥴링

1) 프로세스 스케쥴링 알고리즘 비교

비선점	선점(Pre-emptive):개밥그릇 뺏기
일단 cpu 할당시 권한 못 뺏음
일괄 처리 방식 적합	대화형/실시간 적합
문맥 교환 적음	많음
응답시간 예측 어려움	쉬움

2) 비선점형 방식: 요구 시간 예측 어려움(길어지는 경우 많으므로)

FIFO	SJF (Shortest Job First)	HRN(Highest Response-ratio Next)
구현 간단	한국 아줌마식	실행 대비 대기 시간 큰 놈 우대
반환 시간 길다	긴 작업 무한 연기 될 수도	우선순위 = 1+ 대기/서비스 시간
	*에이징 기법(장유유서:오래 기다린 놈 우대)로 해결

3) 선점형 방식: 시분할에 적합

Round Robin: 찔끔찔끔-전형적 2인자 방식	SRT(Shortest Remaining Time)
할당된 시간(Time slice)만큼씩만 사용	남은 실행 추정치 작은 것부터
작을 수록 오버헤드 up	더 작은 게 있으면 중간 중간 양보
너무 크면 FIFO처럼 됨	실행 시간 계산해야 돼서 오버헤드 UP
	*임계치(Threshold Value) 보다는 커야 스위칭
	잦은 스위칭 예방 위한 것임

5. 병행 프로세스와 교착 상태

1) 임계구역(Critical Section)

하나의 프로세스만 자원 이용할 수 있게 지정된 영역(=상호 배제)

*모니터: 프로세스 자원 점유 순서 제어(교통순경처럼)

2) 교착상태(Dead-Lock)

A -> B -> A 방식에서, A와 B 서로가 서로를 기다리는 상태

ex) 오지 않는 서로를 기다리는 커플

*교착상태 발생 필수 4요소

1) 상호배제

2) 점유&대기(Hold&Wait)

3) 비선점

4) 순환대기

*회피 위해서는? 은행원의 알고리즘 이용

[3] 기억 장치 관리

1. 단편화(Fragmentation)

내부-공간 남는 것

외부-너무 큰 것

2. 가상 기억 장치 사용 방식

1) 고정 분할(Paging)

분할 크기 고정(안 넘치도록) > 내부 단편화만 발생

Paging 크기 작을 수록 -> 내부 단편화 작음(모래로 꽉꽉 채우기), 효율이 높다

클 수록 -> 관리하기 용이(모래는 잘 날아감)

2) 가변 분할(Segment)

외부 단편화만 발생

3. 주요 기술

1) Thrashing: 지나친 Page Fault로 인해 성능 떨어지는 것

*방지법 3

ㄱ. 다중 P 줄인다

ㄴ. CPU 이용률 높인다

ㄷ. 자주 사용 페이지(Working Set) RAM에 갖다 두기

2) 구역성(Locality)

특정 부분 집중 참조

*통합(Colaescing): 인접 공간 합치기

집약(Compaction): 떨어진

4. 기억 장치 관리 전략

1) 반입(Fetch)

2) 배치(Place)

3) 교체(Replace)

<배치 전략 비교>

최초 적합(First Fit)	최적(Best)	최악(Worst
첫번째에	크기 제일 비슷	가장 안 맞는 공백에
초기 결정력 빠름	느림
내부 단편화 큼	작음

<교체 전략 비교>

FIFO	LRU(Least Recently Used)	NUR(Not Used Recently)
가장 간단	참조된지 오래된 것	사용된지 오래된 것
Page Fault 다발		비트값 1 > 최근 비트값 2 > 오래된

5. 디스크 스케줄링

FCFS(First Come First Served) =FIFO	SSTF(Shorted Seek Time)	SCAN	C-SCAN
온 순서대로(모범시민)	가장 가까운 순	가까운 순이지만 가던 방향으로 끝까지	무조건 바깥에서 안쪽으로(Crazy)
부하 적을 때 유리	일괄처리 유리(편차 큼)	부하 적을 때 최고	부하 많을 때 최고
꼬불꼬불	(편차 큼)기아 상태 발생	0까지는 안 감	편차 작음
꽈배기	지팡이	화살표	Z 모양

[4] 정보 관리

1. 파일 시스템

1) 파일의 구조

ㄱ. Direct Access File

키 필드 > 해싱 사상 함수 > 물리적 주소 > 기록 검색

ㄴ. ISAF(색인 순차 접근 파일)

순차 + 직접 모두 가능

But 처리 속도 느림/기억 공간 낭비(색인 때문에)

데이터 변경 잦으면 재편성 필요

2) FCB(File Control Block)

FC 위한 정보 갖는 블록(파일명, 위치, 구조, 유형, 생성/제거 시간 포함)

3) Directory

<1단계>

<2단계> 사용자 간 파일 공유 어려움, 이름이 길어짐

<트리 구조> 데이터 생성/파괴 용이, 동명이D 가능(UNIX에서 사용)

4) 접근 제어 기법

ㄱ. Access Control Matrix: 장치(x축) x 사용자(y축)으로 정리

ㄴ. Access Control List: 장치(CPU, 메모리) 별로 제어 권한 정리

ㄷ. Capability List: 사용자, 관리자 별로 정리

[5] 분산 O.S.

1. 컴퓨터 시스템 구조

1)

SISD(1 Instruction 1 Data)	일반인 PC
SIMD	다중처리 알파고
MISD	비현실적
MIMD	강결합

2) 주/종 프로세서 구조

Master CPU: 입출력, 연산 다

Slave CPU: 연산만(돈 못 먹고 일만 하는 노예)

2. 분산 OS

장점: 처리 속도, 확장성, 공유 용이

단점: 보안 취약, SW 개발 어려움, 적응성 낮음

3. Thread: 프로세스를 여러 개로 쪼갠 것(일을 나눠 여러 일꾼-CPU에게 나눠주는 식)

장점: 병행성 높음, 실행환경 공유 > 오버헤드 낮음

[6] OS의 실제

1. UNIX

1) 특징

ㄱ. 대화식OS + 오픈 소스(라이센스 비용 저렴)

ㄴ. C언어로 기술

ㄷ. 커널 용량이 작아 이식성 Good

2) UNIX 파일 시스템

부트 Block: 부팅용

실린더 Block: 파일 시스템 정보

i-node 테이블: 파일 정보

파일 테이블

3) 주요 명령어

-fork: 새로운 프로세스 생성, 혹은 복제

-fsck: FS Check

-finger: 사용자 정보 표시

-chmod: 파일에 대한 액세스 권한 설정, 사용자에게 부여

-chown: 소유자 변경

-wait: 자식 프로세스 하나 종료될 때까지 부모 프로세스 중지

-getppid: 자식 프로세스의 ID를 얻음

-mount: 기존 파일 시스템에 새로운 것을 연결

-cat: 파일 내용을 화면에 표시

-is: 현재 디렉토리 내 파일 목록 확인